Опыт 1 Взаимодействие целлюлозы со щелочью
Лабораторная работа № 5. Химические свойства полисахаридов
Крахмал
Крахмал – резервный полисахарид растений, содержащийся в больших количествах в эндосперме зерна (в пшенице – 58–76%, в кукурузе – 65–72 %, в рисе – 62–85 %), в клубнях картофеля (до 30 %) и т. д.
Крахмал является смесью полимеров двух типов: амилозы и амилопектина. В крахмале большинства растений амилопектина значительно больше, чем амилозы. Амилоза – линейный глюкан, построенный из остатков α-D-глюкопираноз, соединенных α(1→4) гликозидной связью (степень полимеризации от 1000 до 6000). Молекула амилопектина разветвлена, построена из остатков α-D-глюкопираноз, соединенных α(1→4) и α(1→6) гликозидными связями (степень полимеризации может достигать сотен тысяч – миллионов остатков моносахаридов).
Крахмал применяется в кондитерской промышленности для приготовления киселей, пудингов, соусов и других блюд. Кислотным или ферментативным гидролизом из крахмала получают декстрины, глюкозу и другие продукты. В результате модификации крахмала получают клей. Крахмал и его производные применяются в бумажной, асбестовоцементной, лакокрасочной, кожевенной, фармацевтической, полиграфической промышленности, при флотационном способе обогащения руд, бурении скважин и др.
Опыт 1 Разделение крахмала на фракции
Амилозу и амилопектин можно разделить извлечением амилозы теплой водой, в которой она растворима лучше, чем амилопектин, и последующим осаждением при охлаждении, или диспергированием гранул крахмала в воде и осаждением амилозы в виде комплексов с полярными органическими веществами (н-бутанол, тимол и др.).
|
|
|
Вторичная структура амилозы – спираль, содержащая примерно шесть глюкозных остатков в одном витке. Вторичная структура стабилизирована водородными связями, возникающими между группой СН2ОН и группой ОН при С2 соседнего витка. Внутри витка образуется канал, в который могут внедряться посторонние молекулы, образуя соединения включения, например, с йодом, мочевиной, 
спиртами.
При действии йода амилоза окрашивается в чисто синий цвет, а амилопектин – в сине-фиолетовый цвет. Сорбция йода амилозой зависит от длины ее цепи. Если степень полимеризации полисахарида не превышает 45, этот цвет постепенно переходит в красно-коричневый. Нагревание раствора крахмала или добавление спирта приводит к разрушению вторичной структуры, а значит – к разрушению комплекса с йодом. Обесцвечивание комплекса при нагревании во многих случаях затрудняет применение крахмала в качестве индикатора при йодометрическом титровании.
Реактивы: крахмал, спиртовой раствор йода.
|
|
|
2 г сухого крахмала перемешивают с 25 мл холодной дистиллированной воды и вливают в 25 мл кипящей воды. Ставят на водяную баню и доводят до кипения. Смесь отфильтровывают на двойном складчатом фильтре. В водном растворе находится амилоза – растворимый компонент крахмала, осадок представляет собой нерастворимую часть крахмала – амилопектин.
С каждой из фракций крахмала проводят качественную реакцию с йодом. Отбирают небольшое количество компонента в пробирки, добавляют каплю спиртового раствора йода и фиксируют окрашивание. Затем пробирки нагревают до исчезновения окраски и снова охлаждают.
Опыт 2 Гидролиз крахмала кислотами
В кислой среде или при действии ферментов амилоза и амилопектин гидролизуются. Впервые кислотный и ферментативный гидролиз крахмала осуществил в 1811 г. русский химик К. С. Кирхгоф (1764–1833 гг.).
При кислотном гидролизе крахмал претерпевает следующие превращения:
· нерастворимый крахмал (фиолетовое окрашивание с йодом) → растворимый крахмал (фиолетовое окрашивание с йодом) → амилодекстрин (синее окрашивание с йодом) → эритродекстрин (красное окрашивание с йодом) → ахродекстрин (не окрашивается йодом, но осаждается спиртом) → мальтодекстрин (не окрашивается йодом и не осаждается спиртом) → мальтозы (мальтотетраозы, мальтотриозы, мальтоза, изомальтоза) → D‑глюкоза.
|
|
|
Для ускорения гидролиза крахмала пригодна любая сильная кислота, однако удобнее использовать серную, которая легко удаляется введением мела. Образующийся малорастворимый гипс и избыток мела отделяются при фильтровании. Гидролиз («осахаривание») крахмала проводится в кондитерской промышленности для получения патоки.
Реактивы: крахмал, карбонат кальция (в порошке), раствор серной кислоты, раствор гидроксида натрия, раствор сульфата меди (II).
Готовят крахмальный клейстер из 1 г крахмала. С небольшим количеством крахмального клейстера (1 мл) проводят реакцию с реактивом Троммера. В стаканчик или колбочку помещают 15–20 мл клейстера, добавляют 1 мл разбавленной серной кислоты. Смесь кипятят 5–10 мин., при этом через каждые 1–2 минуты отливают в отдельную пробирку немного (1–2мл) горячей жидкости, быстро охлаждают пробу в воде, добавляют каплю раствора йода и ставят пробирку в штатив. В последовательно отобранных пробах наблюдается постепенное изменение окраски при реакции с йодом.
После того, как окраска пробы при действии йода совершенно перестанет появляться, кипятят смесь еще 5– 6 мин, затем охлаждают ее и постепенно при сильном взбалтывании добавляют 2 г карбоната кальция. После прекращения вспенивания горячую смесь фильтруют через складчатый фильтр, собирая прозрачный фильтрат. В полученном растворе проводят реакцию Троммера и сравнивают результаты с исходным крахмалом.
|
|
|
Выпаривая 10–15 мл этого фильтрата в фарфоровой чашечке (в конце на кипящей водяной бане во избежание пригорания), получают несколько капель густого, желтоватого, сладкого на вкус сиропа – патоки.
Контрольные вопросы
1. Напишите формулы амилозы и амилопектина.
2. Напишите уравнения реакций кислотного и ферментативного гидролиза крахмала.
3. Расскажите о промежуточных продуктах, образующихся при кислотном гидролизе крахмала.
4. Объясните отсутствие восстанавливающих свойств у крахмала.
5. Почему для гидролиза крахмала предпочтительнее использовать серную, а не соляную кислоту?
6. За счет чего образуется окрашенный комплекс крахмала с йодом? Почему окрашивание исчезает при нагревании? Какие еще факторы могут приводить к исчезновению окраски?
7. Напишите реакцию Троммера с продуктом полного кислотного гидролиза крахмала.
8. Каково пространственное строение амилозы и амилопектина?
9. Где применяются крахмал и его производные?
10. Для чего применяется «осахаривание» крахмала кислотами?
11. Предположите, что входит в состав патоки.
12. Какие методы вы можете предложить для установления структуры амилозы и амилопектина?
13. Можно ли различить по продуктам полного метилирования и последующего гидролиза амилопектин и амилозу; амилопектин и гликоген?
Целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) (C6H10O5)n – основная составная часть клеточных стенок разнообразного растительного сырья. Ее содержание зависит от вида растения, достигая в волосках семян хлопчатника 98%, в лиственной и хвойной древесине – 40–50 %. Целлюлоза – линейный полисахарид, построенный из остатков β-D-глюкопиранозы, соединенных β(1→4) гликозидными связями. Степень полимеризации нативной целлюлозы может достигать 10 000.
Для β-D-глюкопиранозы и ее производных наиболее энергетически выгодной формой является конформация кресла С1, в которой все гидроксильные группы находятся в экваториальном положении. Поэтому макромолекула целлюлозы построена из остатков β-D-глюкопираноз, находящихся в конформации кресла С1.
Третичная структура полисахарида обусловлена наличием в каждом глюкозном остатке большого числа гидроксильных групп, основная часть из которых участвует в образовании водородных связей: внутримолекулярных между гидроксильной группой у С3 и атомом кислорода в кольце соседнего глюкозного остатка, и межмолекулярных – между гидроксильной группой у С6 и кислородным мостиком соседней цепи. Макромолекулы целлюлозы уплотняются в отдельные микрофибриллы, из которых формируется целлюлозное волокно.
Целлюлоза применяется для получения бумаги и картона, для производства искусственного волокна (вискозного и ацетатного), синтеза модифицированных соединений (простых, сложных эфиров и др.).
Опыт 1 Взаимодействие целлюлозы со щелочью
При обработке целлюлозы растворами щелочей образуются алкалицеллюлозы. Химическое строение алкалицеллюлоз окончательно не установлено. Полагают, что они являются аддитивными соединениями типа Cell(OH)·NaOH. Алкалицеллюлоза реагирует подобно алкоголятам, образуя с галогеналкилами простые, а с ангидридами и хлорангидридами кислот – сложные эфиры.
Образование алкалицеллюлозы при действии раствора едкого натра (обычно 12–18 % концентрации) называется мерсеризацией (реакция открыта Д. Мерсером в 1848г.). В ходе мерсеризации меняется третичная структура целлюлозы, волокна утолщаются и укорачиваются. Последующей промывкой щелочь можно удалить. Мерсеризация широко применяется в промышленности для увеличения блеска и прочности на растяжение хлопкового волокна. Кроме того, «мерсеризованная» клетчатка лучше прокрашивается, чем необработанная.
Реактивы: концентрированный раствор щелочи, разбавленная соляная кислота, фильтровальная бумага.
Устанавливают в штативе две пробирки и заполняют их почти до верха, одну – водой, другую – концентрированным раствором щелочи. Из фильтровальной бумаги вырезают две одинаковые полоски длиной на 2–3 см больше, чем высота пробирки, и шириной 1,5–2 см; полоски складывают вдвое вдоль так, чтобы каждая могла свободно войти в пробирку. Одну полоску опускают до дна пробирки с водой, другую с раствором щелочи на5–7 минут. За это время подготавливают третью пробирку с разбавленной соляной кислотой.
Вынув бумажную полоску из воды, отжимают ее в фильтровальной бумаге и оставляют сохнуть. Затем вынимают полоску из раствора щелочи, стряхивают капли, опускают полоску последовательно в воду, соляную кислоту, снова в воду и отжимают. Дают обеим полоскам высохнуть, после чего сравнивают их длину, плотность и характер поверхности.
Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 950; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!